計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計.doc

1、計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計教案學(xué)習(xí)目標:充分認識計算機技術(shù)在設(shè)計制造中應(yīng)用的重要性，了解CAPP在CAD/CAM中的地位和作用；掌握CAPP的基本工作原理和工作過程;學(xué)習(xí)和理解CAPP 中零件信息描述方法;掌握不同類型CAPP系統(tǒng)的研制過程和關(guān)鍵技術(shù);能夠設(shè)計和應(yīng)用簡單的CAPP系統(tǒng)。學(xué)習(xí)內(nèi)容：內(nèi)容知識點學(xué)習(xí)要求建議自學(xué)學(xué)時概述CAPP的基本概念掌握4學(xué)時CAPP的基本組成CAPP的類型及其工作原理CAPP的作用與意義CAPP中零件信息的描述和輸入零件分類編碼的概念理解4學(xué)時成組代碼描述型面特征描述從CAD系統(tǒng)直接輸入零件信息CAPP的類型派生式CAPP系統(tǒng)應(yīng)用4學(xué)時創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)CAPP專家

2、系統(tǒng)思考題      學(xué)習(xí)重點：CAPP的概念及工作原理。學(xué)習(xí)難點:型面特征描述；CAPP專家系統(tǒng)。學(xué)習(xí)建議：對比傳統(tǒng)工藝設(shè)計和計算機輔助工藝設(shè)計的過程，理解其功能和意義； 注意瀏覽參考書和期刊雜志中關(guān)于企業(yè)使用CAPP的示例，加深對本知識點的理解; 在學(xué)習(xí)過程中,認真分析課件中給出的應(yīng)用示例,并積極參與本課件中的虛擬實驗。第一章CAPP的基本概念 計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計，即 Computer Aided Process Planning，簡稱CAPP，是通過計算機技術(shù)輔助工藝設(shè)計人員，以系統(tǒng)、科學(xué)的方法確定零件從毛坯到成品的整個技術(shù)過程,即工藝規(guī)程。 具體的說，

3、CAPP就是利用計算機的信息處理和信息管理優(yōu)勢,采用先進的信息處理技術(shù)和智能技術(shù)，幫助工藝設(shè)計人員完成工藝設(shè)計中的各項任務(wù)，如選擇定位基準、擬訂零件加工工藝路線、確定各工序的加工余量、計算工藝尺寸和公差、選擇加工設(shè)備和工藝裝置、確定切削用量、確定重要工序的質(zhì)量檢測項目和檢測方法、計算工時定額、編寫各類工藝文件等，最后生成產(chǎn)品生產(chǎn)所需的各種工藝文件和數(shù)控加工編程、生產(chǎn)計劃制定和作業(yè)計劃制定所需的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，作為數(shù)控加工程序的編制、生產(chǎn)管理與運行控制系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)信息。 CAD/CAM向集成化、智能化方向的發(fā)展及并行模式的出現(xiàn)都對CAPP提出了新的要求，因此產(chǎn)生了CAPP的廣義概念：即CAPP的

4、一頭向生產(chǎn)規(guī)劃最佳化及作業(yè)計劃最佳化發(fā)展,作為MRP的一個重要組成部分；而另一頭則向自動生成NC指令擴展。1.1 CAPP的基本組成   CAPP系統(tǒng)的組成與其開發(fā)環(huán)境、產(chǎn)品對象及其規(guī)模大小等有關(guān)。 CAPP系統(tǒng)的工作過程與步驟（附圖）CAPP的組成與基本結(jié)構(gòu)（附圖）控制模塊：協(xié)調(diào)各模塊的運行，實現(xiàn)人機之間的信息交流，控制產(chǎn)品設(shè)計信息獲取方式。 零件信息獲取模塊：用于產(chǎn)品設(shè)計信息輸入。 工藝過程設(shè)計模塊：進行加工工藝流程的決策，生成工藝過程卡。 工序決策模塊：選定加工設(shè)備、定位安裝方式、加工要求，生成工序卡。 工步?jīng)Q策模塊：選擇刀具軌跡、加工參數(shù)，確定加工質(zhì)量要求，生成工步

5、卡及提供形成NC指令所需的刀位文件。 輸出模塊:輸出工藝流程卡、工序和工步卡，工序圖等各類文檔. 產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)庫：存放有CAD系統(tǒng)完成的產(chǎn)品設(shè)計信息。 制造資源數(shù)據(jù)庫：存放企業(yè)或車間的加工設(shè)備、工裝工具等制造資源的相關(guān)信息。 工藝知識數(shù)據(jù)庫：用于存放產(chǎn)品制造工藝規(guī)則、工藝標準、工藝數(shù)據(jù)手冊、工藝信息處理的相關(guān)算法和工具等。 典型案例庫：存放各零件族典型零件的工藝流程圖、工序卡、工步卡、加工參數(shù)等數(shù)據(jù)，供系統(tǒng)參考使用。 編輯工具庫：存放工藝流程圖、工序卡、工步卡等系統(tǒng)輸入輸出模板、手工查詢工具和系統(tǒng)操作工具集等. 制造工藝數(shù)據(jù)庫：存放由CAPP系統(tǒng)生成的產(chǎn)品制造工藝信息,供輸出工藝文件、數(shù)控加工

6、編程和生產(chǎn)管理與運行控制系統(tǒng)使用。1.2 CAPP的類型及其工作原理 檢索式CAPP系統(tǒng)(附圖）工作原理 檢索式CAPP系統(tǒng)是將企業(yè)現(xiàn)行各類工藝文件，根據(jù)產(chǎn)品和零件圖號,存入計算機數(shù)據(jù)庫中。進行工藝設(shè)計時，可以根據(jù)產(chǎn)品或零件圖號，在工藝文件庫中檢索相類似零件的工藝文件,由工藝人員采用人機交互方式進行修改，最后由計算機按工藝文件要求進行打印輸出.派生式CAPP系統(tǒng)（附圖） 實現(xiàn)工藝設(shè)計自動化，必須要解決兩個主要問題:    實現(xiàn)零件圖樣信息代碼化.     要把工藝人員的經(jīng)驗和技能系統(tǒng)化，理論化，代碼化。 工作原理 派生式CAPP系統(tǒng)是

7、檢索式CAPP系統(tǒng)的發(fā)展，是利用零件GT(成組技術(shù)）代碼（或企業(yè)現(xiàn)行零件圖編碼），將零件根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝相似性進行分組,然后針對每個零件組編制典型工藝，又稱主樣件工藝。工藝設(shè)計時，首先根據(jù)零件的GT代碼或零件圖號，確定該零件所屬的零件組，然后檢索出該零件的典型工藝文件，最后根據(jù)該零件的GT代碼和其它有關(guān)信息對典型工藝進行自動化或人機交互式修改，生成符合要求的工藝文件。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)（附圖）工作原理 依靠系統(tǒng)中的決策邏輯生成。收集了大量的工藝數(shù)據(jù)和加工知識，并以此規(guī)程為基礎(chǔ),在計算機軟件基礎(chǔ)上建立一系列的決策邏輯，形成了工藝數(shù)據(jù)庫和加工知識庫。在輸入新零件的有關(guān)信息后，系統(tǒng)可以模仿工藝人員,應(yīng)

8、用各種工藝決策邏輯規(guī)則，在沒有人工干預(yù)的條件下，自動生成零件的工藝規(guī)程?？偨Y(jié)目前用派生法原理生成工藝規(guī)程的方法已經(jīng)比較成熟，創(chuàng)成法原理目前還不完善，現(xiàn)在號稱創(chuàng)成法系統(tǒng)的只是在部分功能上應(yīng)用創(chuàng)成原理，所以只能稱為半創(chuàng)成式的CAPP系統(tǒng)。1.3 CAPP的作用與意義 克服傳統(tǒng)工藝設(shè)計的不足，促進工藝技術(shù)的發(fā)展 大大提高工藝設(shè)計的效率和質(zhì)量 將工藝設(shè)計人員從大量繁瑣、重復(fù)性的手工勞動中解放出來 提高企業(yè)工藝設(shè)計的規(guī)范化、標準化水平，促進工藝設(shè)計水平的提高 能有效的積累和繼承工藝設(shè)計人員的經(jīng)驗，提高企業(yè)工藝設(shè)計的繼承性 為現(xiàn)代制造系統(tǒng)集成提供技術(shù)橋梁 與計算機輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)之間的信息交流 與計

9、算機輔助制造（CAM）系統(tǒng)之間的信息交流 與生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MIS）之間的信息交流 與制造自動化系統(tǒng)（MAS)之間的信息交流 與質(zhì)量保證（CAQ）系統(tǒng)之間的信息交流第二章 CAPP中零件信息的描述和輸入 零件信息包括管理信息(又稱表頭信息，如零件名稱、圖號、所屬產(chǎn)品和部件）、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、加工精度(尺寸公差、形位公差和表面粗糙度)、材料及熱處理及其它技術(shù)要求等方面信息，是工藝設(shè)計的對象和依據(jù)。 CAPP系統(tǒng)要求全面而正確的零件描述信息，同時要求形成邏輯層次分明和易于被計算機處理的結(jié)構(gòu)，同時，如何描述和表達零件的工藝特征信息,便于檢索系統(tǒng)中已有的相似零件的工藝規(guī)程或生成新的工藝規(guī)程，這是CAPP

10、系統(tǒng)開發(fā)面臨的第一個問題，也是最重要的問題。 零件信息的輸入方法可采用人機交互式輸入或從CAD圖形數(shù)據(jù)庫中直接提取。在人機交互輸入法中主要采取成組技術(shù)代碼法（GT代碼法）或型面特征描述法.2。1零件分類編碼的概念 零件分類編碼是指利用成組技術(shù)正確抽出零件圖紙中為制定工藝過程所必需的必要信息。利用零件分類編碼來描述一個零件,可以在宏觀上描述零件而不涉及這個零件的細節(jié)。建立表示零件的編碼系統(tǒng)時必需考慮的幾種因素零件類型（回轉(zhuǎn)體、棱形體、拉伸件及板金件等）； 代碼所表示的詳細程度； 碼的結(jié)構(gòu)：鏈式、分級結(jié)構(gòu)或混合式； 代碼使用的數(shù)制（二進制、八進制、十進制、字母數(shù)字制、十六進制等). 碼的結(jié)構(gòu)樹式結(jié)

11、構(gòu)（附圖） 鏈式結(jié)構(gòu)（附圖） 混合式結(jié)構(gòu)（附圖） 信息容量的概念 每個分類編碼系統(tǒng)都有一定的信息容量。所謂信息容量就是一個分類編碼系統(tǒng)所容納的零件特征信息總數(shù)量，它是評定分類編碼系統(tǒng)功能的重要參數(shù)。信息容量越大，零件就能描述得越詳細，系統(tǒng)信息容量取決于系統(tǒng)內(nèi)碼位數(shù)量、項數(shù)和結(jié)構(gòu).2.2 成組代碼描述成組技術(shù) 成組技術(shù)，是挖掘和利用生產(chǎn)活動中的相似性的技術(shù)，通過分類成組，以便最大限度地獲取生產(chǎn)活動中的批量效益，在產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、加工制造及生產(chǎn)管理等方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。成組代碼 為了能對零件進行簡潔的描述并便于歸類成組，首先要根據(jù)成組技術(shù)原理制定GT編碼系統(tǒng)，根據(jù)一套特定的規(guī)則，用一組順

12、序排列的字符（一般是數(shù)字）對零件的各有關(guān)特征進行描述和標識。按照GT編碼的規(guī)則用字符標識零件特征的過程就是對零件進行編碼，這種代碼稱為成組代碼或GT代碼。成組代碼的局限性 GT代碼的缺點是零件的信息描述較粗略，特別是零件的幾何參數(shù)和工藝參數(shù)的定量描述不夠。為了克服這一局限性,有人采用擴大碼位取值、增加碼位，或采用分級的柔性碼結(jié)構(gòu)等，能在一定范圍內(nèi)彌補對有關(guān)參數(shù)定量描述的不足。但編碼系統(tǒng)的復(fù)雜性會有所增加，GT碼的生成和處理也會相應(yīng)增加難度。2.3型面特征描述 這種方法可以對零件信息進行詳細描述，能將零件的所有設(shè)計信息都輸入計算機中,并能與加工方法等相對應(yīng),使CAPP系統(tǒng)取得零件全部與精確定量的

13、輸入數(shù)據(jù)，為工藝決策提供可靠依據(jù)。型面特征類型    幾何形狀特征：一般是組成零件型面特征的幾何單元。     拓撲特征或方位特征：用于表示各幾何形狀的順序關(guān)系.     精度特征:用于描述幾何形狀的尺寸公差、形狀公差、位置公差以及表面粗糙度等信息。     材料特征:描述型面的材料及熱處理信息.     其它技術(shù)特征：描述上述四大類特征尚沒有包括的技術(shù)特征參數(shù)。 型面特征描述的局限性 零件型面特征描述的信息量很大，需要人工逐個型面進行分析后把信

14、息逐條手工輸入，因此信息輸入的效率很低，過程十分繁瑣，而且容易發(fā)生錯誤，嚴重影響CAPP系統(tǒng)的效率。2。4 從CAD系統(tǒng)直接輸入零件信息直接從CAD的圖形數(shù)據(jù)庫中提取用于CAPP所需要的零件信息，是實現(xiàn)CAD和CAPP信息集成的理想方法.它可以省去人機交互信息輸入的工作，大大提高系統(tǒng)的運行效率,減少人工信息轉(zhuǎn)換與輸入可能出現(xiàn)的差錯，有助于保證數(shù)據(jù)的一致性。在這方面已進行過多方面嘗試，目前仍在進行研究和探索之中。特征識別法 通過分析CAD系統(tǒng)（一般是二維圖形）所提供的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)文件（如“*.dxf”文件）,按一定的算法識別，提供CAPP系統(tǒng)能識別的工藝信息，這無疑會克服手工輸入零件信息的種種弊端

15、。但實踐證明，該方法存在如下嚴重的局限性，只能用于一些簡單的、特定的零件。    從大量底層信息中提取加工表面特征這樣一些高層次工藝信息是非常困難的。     難于識別和應(yīng)用諸如公差、表面粗糙度、熱處理等工藝信息的標注。 2。5 基于三維特征造型的零件信息描述與輸入方法 CAD系統(tǒng)對零件造型與繪圖的基本單元已不是底層的點、線、面，而是參數(shù)化的幾何形體或特征體素，如圓柱軸段、圓錐軸段、倒角、倒圓、孔、槽、凸緣、筋等，零件的定義是各種特征體素的拼裝，并有可能賦予各特征體素有關(guān)的尺寸、公差、表面粗糙度等工藝信息.毫無疑問，這種零件定義方法難

16、度大、對計算機系統(tǒng)要求高，但會大大方便產(chǎn)品設(shè)計者的構(gòu)思與操作，特別是有可能為CAD、CAPP、CAM提供統(tǒng)一的零件信息模型,為CAD/CAPP/CAM的信息集成創(chuàng)造條件?；诋a(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范（STEP）的產(chǎn)品建模與信息輸入方法 ISO的STEP產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)交換標準以及與此相一致的在美國流行的PDES標準等是用通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范對產(chǎn)品信息進行描述。顯然，只要各CAD系統(tǒng)對產(chǎn)品或零件的描述符合這個數(shù)據(jù)規(guī)范，其輸出的信息既包含了點、線、面以及它們之間的拓撲關(guān)系等底層信息，又包含了幾何形狀特征以及加工和管理等方面的信息,那么CAD系統(tǒng)的輸出結(jié)果就能被其下游工程(如CAPP、CAM等系統(tǒng)）所接受和應(yīng)用。

17、目前STEP/PDES正在不斷發(fā)展和完善之中。第三章CAPP的類型從工藝生成的基本原理來分析，系統(tǒng)可分為三大類型 派生式CAPP系統(tǒng)（Variant) 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)（Generative)專家系統(tǒng) （KBKnowledge Based CAPP System）3.1派生式CAPP系統(tǒng) 研制過程1。零件編碼5。建立工步代碼文件2。零件分組6。建立切削數(shù)據(jù)文件3。設(shè)計零件組的復(fù)合零件7.設(shè)計各種功能子程序4.設(shè)計典型工藝規(guī)程8。CAPP系統(tǒng)總程序設(shè)計實例基于特征的CAPP系統(tǒng)是由北京理工大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院為某廠研制開發(fā)的CAPP系統(tǒng)。該系統(tǒng)由零件描述、工藝編制、工藝數(shù)據(jù)、工藝輸出等六個

18、模塊組成。其中系統(tǒng)的工藝生成有派生式、交互式和創(chuàng)成式三種方式。此處主要針對學(xué)習(xí)內(nèi)容，介紹派生式的相關(guān)工作模式。3.2 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)主要內(nèi)容零件描述方法 工藝決策邏輯 工藝決策過程 工序設(shè)計創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)主要解決兩方面的問題：工藝路線的確定 工序設(shè)計內(nèi)容     生成工藝規(guī)程主干,即指明零件加工順序（包括工步與工序的確定）以及各工序的定位與裝夾表面。     工序尺寸的計算、設(shè)備與工裝的選擇、切削用量的確定、工時定額的計算以及工序圖的生成等。 關(guān)系    前者是后者的基礎(chǔ)，后者是對前者的補充. 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的設(shè)計階段準備階段1。 了解所開發(fā)的系統(tǒng)的設(shè)計對象；  2. 對本類零件進行工藝分析；  3。 收集和整理各種加工方法的加工能力范圍和經(jīng)濟加工精度等數(shù)據(jù)  4。 收集、整理和歸納各種工藝設(shè)計決策邏輯或決策法則。軟件編程階段建立創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工作步驟1. 零件的建模；  2。 確定CAPP系統(tǒng)獲取零件信息的方式;3. 工藝分析和工藝知識總結(jié)；